C预处理器

C预处理器是C语言、C++语言的预处理器。用于在编译器处理程序之前预扫描源代码，完成头文件的包含，巨集扩展，条件编译（英语：conditional compilation），行控制（line control）等操作。

编译阶段

C语言标准规定，预处理是指前4个编译阶段（phases of translation）。

1. 三字符组与双字符组的替换
2. 行拼接（Line splicing）: 把物理源码行（Physical source line）中的换行符转义字符处理为普通的换行符，从而把源程序处理为逻辑行的顺序集合。
3. 单词化（Tokenization）: 处理每行的空白、注释等，使每行成为token的顺序集。
4. 扩展巨集与预处理指令（directive）处理。

包含文件

用于包含另一个文件:

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    printf("Hello, world!\n");
    return 0;
}

条件编译

if-else指令包括#if, #ifdef, #ifndef, #else, #elif and #endif .

#if VERBOSE >= 2
  print("trace message");
#endif

#ifdef __unix__ /* __unix__ is usually defined by compilers targeting Unix systems */
# include <unistd.h>
#elif defined _WIN32 /* _WIN32 is usually defined by compilers targeting 32 or 64 bit Windows systems */
# include <windows.h>
#endif

#if !(defined __LP64__ || defined __LLP64__) || defined _WIN32 && !defined _WIN64
	// we are compiling for a 32-bit system
#else
	// we are compiling for a 64-bit system
#endif

巨集定义与扩展

有两种巨集：

• 类似对象的巨集（无参数的巨集）
• 类似函数的巨集（带参数的巨集），在第一个标识符与左括号之间，绝不能有空格。

#define <identifier> <replacement token list>                    // object-like macro
#define <identifier>(<parameter list>) <replacement token list>  // function-like macro, note parameters

宏定义可以用#undef取消:

#undef <identifier>                                              // delete the macro

特殊巨集与指令

__FILE__ 与 __LINE__, 扩展为当前文件与行号。例如:

// debugging macros so we can pin down message origin at a glance
#define WHERESTR  "[file %s, line %d]: "
#define WHEREARG  __FILE__, __LINE__
#define DEBUGPRINT2(...)       fprintf(stderr, __VA_ARGS__)
#define DEBUGPRINT(_fmt, ...)  DEBUGPRINT2(WHERESTR _fmt, WHEREARG, __VA_ARGS__)
//...

  DEBUGPRINT("hey, x=%d\n", x);

C或C++语言标准定义了巨集： __STDC__, __STDC_VERSION__, __cplusplus,__DATE__,__TIME__,__func__等。

Token字符串化

#运算符(Stringification Operator)把随后的token转化为C语言的字符串。

#define str(s) #s

str(p = "foo\n";) // outputs "p = \"foo\\n\";"
str(\n)           // outputs "\n"

即使#运算符后面的是另一个巨集名，这个宏名将不会被巨集展开，而是按照字面值被当作一个字符串。因此，如果需要#运算符后面的巨集名做巨集展开，需要使用两层巨集的嵌套使用，其中外层的巨集展开时也一并把#运算符后面的巨集名做巨集展开。例如：

#define xstr(s) str(s)
#define str(s) #s
#define foo 4

str (foo)  // outputs "foo"
xstr (foo) // outputs "4"

Token连接

##运算符(Token Pasting Operator)连接两个token为一个token.

#define DECLARE_STRUCT_TYPE(name) typedef struct name##_s name##_t

DECLARE_STRUCT_TYPE(g_object); // Outputs: typedef struct g_object_s g_object_t;

##运算符左侧或右侧如果是另一个巨集名，这个宏名将不会被巨集展开，而是按照字面值被当作一个token。因此，如果需要##运算符左右的巨集名做宏展开，需要使用两层巨集的嵌套使用，其中外层的巨集展开时也一并把##运算符左右的巨集名做宏展开。

用户定义的编译错误与警告

#error "error message"
#warning "warning message"

编译器相关的预处理特性

#pragma指令提供了编译器特定的预处理功能。

参考文献

外部链接

• ISO/IEC 9899（页面存档备份，存于互联网档案馆）. The official C standard. As of 2014, the latest publicly available version is a working paper for C11（页面存档备份，存于互联网档案馆）.
• GNU CPP online manual（页面存档备份，存于互联网档案馆）
• Visual Studio .NET preprocessor reference（页面存档备份，存于互联网档案馆）
• Pre-defined C/C++ Compiler Macros project（页面存档备份，存于互联网档案馆）: lists "various pre-defined compiler macros that can be used to identify standards, compilers, operating systems, hardware architectures, and even basic run-time libraries at compile-time"